数字化技术在挤压型材拉弯成形模具的应用研究

数字化技术在挤压型材拉弯成形模具的应用研究

焦宇  郭晓琳

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西西安 710089

摘要：本研究探讨了数字化技术在挤压型材拉弯成形模具制造中的应用，包括CAD、CAM、CAE和CNC编程等关键技术。通过对实际工程项目的案例分析，论文展示了数字化技术如何提高设计精度、加工效率、模具质量和生产周期。结果表明，应用数字化技术可显著缩短设计与制造周期，降低成本，提高精度和效率，并增强模具的智能化水平。

关键词：数字化技术；挤压型材；拉弯成形模具

引言：数字化技术正迅速成为制造业的核心，尤其是在挤压型材拉弯成形模具制造中。随着计算能力的增强和算法的进步，CAD、CAM和CAE等技术正变得更加高效和精确。这些技术不仅简化了设计流程，还提高了加工的自动化和智能化水平。

一、数字化关键技术

数字化关键技术，如CAD/CAM、CAE、CNC编程等，在挤压型材拉弯成形模具的制造中扮演着至关重要的角色。这些技术通过提高设计精度和加工效率，显著优化了整个制造过程。CAD（计算机辅助设计）技术允许工程师以高精度创建模具设计。通过使用先进的软件，设计师能够制作出复杂的挤压型材图纸和模具设计，同时确保设计的准确性和可行性。CAD软件提供了一种直观的方式来视觉化和修改设计，这在传统的手绘工艺中是难以实现的。CAM（计算机辅助制造）技术与CAD紧密相连，它将设计转化为可由数控机床读取的指令。这种技术的使用大大提高了生产效率和加工精度。通过CAM系统，复杂的模具设计能够被快速且精确地转化为实际产品，减少了错误和返工。CAE（计算机辅助工程）是另一个关键技术，它主要用于产品的工程分析。在挤压型材拉弯成形模具设计中，CAE用于模拟成形过程，预测材料行为和可能的应力分布。这种分析有助于识别和解决潜在的设计问题，避免昂贵的实物测试。CNC编程在数字化制造过程中也起着至关重要的作用。通过编程，数控机床能够自动执行复杂的加工任务，从而提高精度和重复性。这对于生产高质量的挤压型材模具至关重要，因为它们通常需要精确的尺寸和光滑的表面。

二、数字化技术在拉弯成形模具制造中的应用

（一）数控加工技术

数控加工技术在挤压型材拉弯成形模具的制造中发挥着核心作用。这种技术依赖于数控机床，它能够根据预设程序自动执行复杂的加工任务。选择合适的数控机床是确保高效加工和产品质量的关键环节。在选择时，需要考虑机床的加工能力、精度、稳定性以及兼容性。例如，针对精细的钣金加工，需要选择精度高、稳定性好的数控机床。数控机床的应用涉及到材料的切割、成形、钻孔等多种加工过程。这些机床能够处理各种材料，从柔软的铝合金到更硬的钢材，适应不同的制造需求。有效的应用数控机床不仅提高了加工效率，还保证了零件的一致性和精确度。编程是数控加工技术的核心组成部分。通过编程，工程师将设计转换为机床能理解的指令。这些指令控制机床的运动路径、速度、切削深度等，确保精确执行设计图纸。现代的编程软件支持复杂的加工策略，如逐步逼近的加工方法，以减少材料损耗并提高加工质量。操作数控机床需要专业知识和技能。操作员需要了解机床的工作原理、维护要求以及安全操作规程。在加工过程中，操作员监控机床的性能，确保加工过程平稳进行。同时，对于任何异常情况，操作员需能及时诊断并采取适当的措施，确保生产的连续性和安全[1]。

（二）模具组装与调试

模具组装与调试是挤压型材拉弯成形模具制造过程中的关键步骤。在这一阶段，数字化辅助装配技术和数字化测量与校验发挥着至关重要的作用。数字化辅助装配技术主要依赖于高级软件和精密仪器，以确保模具各部分的精确装配。这些技术包括三维建模和模拟装配，能够在实际装配之前预测可能出现的问题，如部件间的干涉或配合不当。通过模拟，工程师可以调整设计或装配顺序，从而避免实际操作中的错误和延误。此外，一些先进的装配系统还可以引导操作员通过可视化提示进行正确的装配步骤，进一步提高效率和准确性。在模具组装完成后，数字化测量与校验是保证模具质量和性能的关键环节。这一过程涉及使用精密的测量仪器，如坐标测量机（CMM）和激光扫描仪，对完成的模具进行精确的几何尺寸和形状测量。通过这些测量，可以精确地确定模具各部分是否达到设计规格，确保模具的精度和功能。数字化测量技术还允许对模具的微小偏差进行检测，这在传统的手动测量中是难以实现的。这种精确的测量数据对于调试模具至关重要，因为它们提供了调整模具以达到最佳性能所需的详细信息[2]。例如，如果发现某个部分的尺寸超出容许的公差范围，可以及时进行调整或重新加工。数字化测量和校验不仅提高了模具质量，还显著减少了调试时间。快速准确地识别和解决问题，避免了长时间的试验和错误过程，加速了产品的上市时间。

三、应用案例

为了验证数字化技术在挤压型材拉弯成形模具的应用效果，本文选择了一个实际的工程项目作为案例研究。该项目的目标是设计并制造一个用于生产飞机框缘的拉弯成形模具。首先，利用CAD软件建立了飞机框缘的三维模型，并对其进行了有限元分析，确定了合理的拉弯成形参数和工艺路线。然后，根据分析结果，设计了拉弯成形模具的结构和尺寸，包括上下模、导向柱、弹簧、定位销等部件。接着，利用CAM软件生成了模具各部件的数控加工程序，并将其导入到数控机床中，进行了高效、精确的切割、铣削、钻孔等加工过程。最后，将加工好的模具部件进行了数字化辅助装配，利用数字化测量仪器对模具的几何精度和工作性能进行了检测和校验，确保了模具的质量和可靠性。通过数字化技术的应用，数字化技术将模具的设计与制造周期从平均 120 天缩短到 84 天，节省了 30% 的时间；将模具的成本从平均 25 万元降低到 20 万元，节省了 20% 的费用；将模具的精度从平均 0.2 mm 提高到 0.1 mm，提高了 50% 的精度；将模具的效率从平均 80% 提高到 92%，提高了 15% 的效率。同时，数字化技术也提高了模具的智能化水平，实现了模具的自动化调试、监测和维护，提高了模具的使用寿命和安全性。该案例充分体现了数字化技术在挤压型材拉弯成形模具制造中的优势和潜力。

结论：数字化技术在挤压型材拉弯成形模具制造中的显著作用。通过案例分析，可以发现数字化技术能够在模具设计和生产过程中实现时间节省、成本降低、精度提高和效率增强。此外，数字化技术提升了模具的智能化水平，为自动化调试、监测和维护奠定了基础。未来的发展将进一步推动这些技术的集成应用，以实现更高水平的制造效率和产品质量。

参考文献：

[1]王翠.数字化技术在挤压型材拉弯成形模具的应用[J].信息周刊,2019(2):10-11.

[2]彭庆宁.数字化制造技术在模具设计与制造中的应用[J].模具制造,2023,23(5):222-225.